FR2757961A1 - METHOD FOR MANUFACTURING MICROSTRUCTURES BY MULTILAYER CONFORMATION OF A PHOTOSENSITIVE RESIN AND MICROSTRUCTURES THUS OBTAINED - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d'une microstructure tridimensionnelle consistant à: a) créer sur une plaquette-support (4) un revêtement sacrificiel (5); b) étaler en une seule fois 150 mum et 700 mum de photorésist négatif (6, 21), sensible au rayonnement ultraviolet; c) chauffer; d) effectuer à travers un masque (7, 12) une illumination UV; e) effectuer un recuit; f) reproduire au moins une fois les étapes b) à e) en utilisant, si nécessaire en fonction du contour désiré pour la structuration de la nouvelle couche (8, 23, 27) de photorésist, un masque (9, 24, 28) différent pour l'étape d); g) développer en une ou plusieurs fois, et h) séparer de la plaquette-support (4) la microstructure par dissolution du revêtement sacrificiel (5). Microstructures obtenues par ledit procédé, telle qu'une roue dentée surmontée d'un pignon, un micromoule pour l'obtenir, et un microcapteur de flux thermique.A method of manufacturing a three-dimensional microstructure comprising: a) creating a sacrificial coating (5) on a wafer-support (4); b) spreading 150 mum and 700 mum of negative photoresist (6, 21), sensitive to ultraviolet radiation, all at once; c) heat; d) effecting UV illumination through a mask (7, 12); e) perform annealing; f) reproduce at least once steps b) to e) using, if necessary according to the desired contour for the structuring of the new layer (8, 23, 27) of photoresist, a mask (9, 24, 28) different for step d); g) developing in one or more steps, and h) separating the microstructure from the support plate (4) by dissolving the sacrificial coating (5). Microstructures obtained by said method, such as a toothed wheel surmounted by a pinion, a micromould to obtain it, and a thermal flux microsensor.
Description
PROCEDE DE FABRICATION DE MICROSTRUCTURES PARPROCESS FOR PRODUCING MICROSTRUCTURES BY
CONFORMATION MULTICOUCHE D'UNE RESINE MULTILAYER CONFORMATION OF A RESIN
PHOTOSENSIBLE ET MICROSTRUCTURES AINSI OBTENUES PHOTOSENSITIVE AND MICROSTRUCTURES SO OBTAINED
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de microstructures tridimensionnelles par conformation d'au moins deux couches épaisses d'une résine photosensible aux rayons ultraviolets. L'invention5 concerne également les microstructures ainsi obtenues de façon replicable avec une très bonne définition pour un coût unitaire avantageux, et possédant une épaisseur suffisante de l'ordre du millimètre pour supporter des contraintes mécaniques lorsqu'elles sont utilisées soit10 directement, par exemple comme composants en micromécanique, soit indirectement comme structures positives sacrificielles pour la fabrication de micro- moules métalliques. La production de microstructures tridimensionnelles a pris son essor dans les années 80 avec la méthode conçue par W. Ehrfeld du Karlsruhe Nuclear Research Center (Allemagne) et connue sous l'acronyme LIGA (Lithographie, Galvanisierung, Abformung). Dans son principe la technique LIGA consiste:20 1) à déposer sur un substrat une couche de 10 à 1'000 gm d'un photorésist positif (généralement du polyméthylmétacrylate PMMA); 2) à effectuer à travers un masque une irradiation X au moyen d'un synchrotron; 3) à développer, c'est-à- dire à éliminer par des moyens physiques ou chimiques les portions de photorésist dépolymérisé. Le procédé LIGA, et les procédés dérivés faisant toujours appel à une irradiation X, permettent d'obtenir des microstructures ayant un rapport d'aspect30 élevé, valeur définie comme étant le quotient de la hauteur par la largeur de la ligne ou de la tranchée la plus fine et constituant un critère d'appréciation de la verticalité des parois. La qualité des microstructures obtenues ne prête pas à critique, mais le fait de devoir mettre en oeuvre un équipement coûteux (synchrotron) rend cette technique peu compatible avec une production de masse de microstructures devant avoir un faible coût unitaire. Pour réduire les coûts, les recherches se sont orientées vers le procédé dit "LIGA du pauvre" dans laquelle la sensibilisation d'une couche de photorésist est produite par le rayonnement ultraviolet d'une aligneuse conventionnelle. L'épaisseur maximum des microstructures actuellement obtenues avec ce procédé est comprise entre 80 im et 200 Im. Pour augmenter cette épaisseur, il est proposé dans le brevet DE 4 400 315 de répéter plusieurs fois le procédé en faisant entre chaque couche de photorésist un dépôt intercalaire métallique d'accrochage pour atteindre une épaisseur totale encore limitée à 400 jm, en ayant en outre une étape de développement plus complexe en raison des dépôts métalliques. De plus, on fera observer que le nombre20 d'étapes et la présence de dépôts métalliques intercalaires contribuent à augmenter sensiblement le coût The present invention relates to a method of manufacturing three-dimensional microstructures by conformation of at least two thick layers of an ultraviolet light-sensitive resin. The invention also relates to the microstructures thus obtained replicably with a very good definition for an advantageous unit cost, and having a sufficient thickness of the order of a millimeter to withstand mechanical stresses when they are used either directly, for example as components in micromechanics, or indirectly as sacrificial positive structures for the manufacture of metal micro-molds. The production of three-dimensional microstructures took off in the 1980s with the method designed by W. Ehrfeld of the Karlsruhe Nuclear Research Center (Germany) and known by the acronym LIGA (Lithography, Galvanisierung, Abformung). In principle, the LIGA technique consists of: 1) depositing on a substrate a layer of 10 to 1000 μm of a positive photoresist (generally polymethylmethacrylate PMMA); 2) to perform X-irradiation through a mask using a synchrotron; 3) to develop, that is to say to remove by physical or chemical means portions of photoresist depolymerized. The LIGA process, and derived processes still employing X irradiation, provide microstructures having a high aspect ratio, a value defined as the quotient of the height by the width of the line or trench. finer and constituting a criterion for assessing the verticality of the walls. The quality of the microstructures obtained does not lend itself to criticism, but the fact of having to implement expensive equipment (synchrotron) makes this technique little compatible with a mass production of microstructures to have a low unit cost. To reduce costs, research has turned to the so-called "LIGA poor" process in which the sensitization of a photoresist layer is produced by the ultraviolet radiation of a conventional aligner. The maximum thickness of the microstructures currently obtained with this method is between 80 μm and 200 μm. To increase this thickness, it is proposed in patent DE 4,400,315 to repeat the process several times by making between each layer of photoresist a metal interlayer anchoring deposit to reach a total thickness still limited to 400 μm, further having a more complex development stage due to metal deposits. In addition, it will be observed that the number of steps and the presence of intermediate metal deposits contribute to substantially increase the cost.
et à avoir un impact négatif sur la qualité des parois. and to have a negative impact on the quality of the walls.
La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de cet art antérieur en procurant un procédé de structuration d'un photorésist négatif par rayonnement ultraviolet dans lequel le choix particulier du photorésist permet de façon surprenante de structurer au moins deux couches épaisses successives, sans dépôt métallique intercalaire et d'obtenir ainsi à faible coût30 unitaire des microstructures tridimensionnelles complexes avec une épaisseur pouvant aller au moins jusqu'au millimètre, tout en présentant un rapport d'aspect The present invention therefore aims to overcome the disadvantages of this prior art by providing a process for structuring a negative photoresist by ultraviolet radiation in which the particular choice of photoresist surprisingly allows to structure at least two successive thick layers, without intermediate metal deposit and thus to obtain at low cost unit 3 complex three-dimensional microstructures with a thickness of at least up to millimeter, while having an aspect ratio
supérieur à ceux obtenus jusqu'alors par structuration UV. higher than those obtained until now by UV structuring.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une microstructure tridimensionnelle, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) créer sur une plaquette-support un revêtement sacrificiel; b) étaler en une seule fois une couche de photorésist négatif, sensible au rayonnement ultraviolet, d'une épaisseur comprise entre 150 gm et 700 tm, ledit photorésist étant formé par une laque contenant une composition époxy polyfonctionnelle et un photoinitiateur choisi parmi les sels de triarylsulfonium; c) chauffer ladite couche entre 90 et 95 C pendant une durée dépendant de l'épaisseur déposée; d) effectuer à travers un masque correspondant à l'empreinte désirée une illumination UV de 200 à 1'000 mJ.cm-2, mesurée à une longueur d'onde de 365 nm selon l'épaisseur de la couche; e) effectuer un recuit de ladite couche pour provoquer la polymérisation; f) reproduire au moins une fois les étapes b) à e) en utilisant, si nécessaire en fonction du contour désiré pour la structuration de la nouvelle couche de20 photorésist, un masque différent pour l'étape d); g) procéder en une ou plusieurs fois au développement par dissolution du photorésist non exposé au moyen d'un solvant choisi parmi la GBL (gammabutyrolactone) et le PGMEA (propylène glycol méthyle éthyle acétate), et h) séparer de la plaquette-support la microstructure obtenue à l'étape g) par dissolution du revêtement sacrificiel. Le recuit effectué à l'étape e) pour provoquer la polymérisation des zones illuminées par le rayonnement UV est effectué de préférence entre 90 C et 95 C pendant 15 à mn. Dans le cas o la nouvelle couche de photorésist devant être illuminée (étape f) présente un contour qui n'est pas totalement inscrit dans le contour de la couche inférieure, le dépôt de la nouvelle couche de photorésist est précédé d'une étape i) consistant à effectuer un dépôt métallique (par exemple Cr/Cu), faisant obstacle aux rayons UV pour la fraction de couche inférieure dont la polymérisation n'est pas souhaitée. L'étape supplémentaire i) est en particulier nécessaire lorsque la microstructure5 devant être obtenue présente une cavité. Dans ce cas, il sera également nécessaire de répéter l'étape g) de développement après l'étape h) de libération de la structure. Dans le cas o la microstructure obtenue à l'issue de l'étape g) doit servir de gabarit à la fabrication d'un micromoule métallique, on effectue avant l'étape h) une étape supplémentaire ii) consistant en une métallisation primaire sur toute la surface de ce gabarit, puis on procède au recouvrement complet de tout l'ensemble par des15 dépôts électrolytiques successifs, de façon à former un bloc qui sera ultérieurement usiné pour être adapté à une To this end, the subject of the invention is a method for manufacturing a three-dimensional microstructure, characterized in that it comprises the steps of: a) creating on a support-plate a sacrificial coating; b) spreading at one time a negative photoresist layer, sensitive to ultraviolet radiation, with a thickness of between 150 gm and 700 μm, said photoresist being formed by a lacquer containing a polyfunctional epoxy composition and a photoinitiator chosen from triarylsulfonium; c) heating said layer between 90 and 95 C for a duration depending on the deposited thickness; d) perform through a mask corresponding to the desired imprint a UV illumination of 200 to 1'000 mJ.cm-2, measured at a wavelength of 365 nm depending on the thickness of the layer; e) annealing said layer to cause polymerization; f) reproducing at least once steps b) to e) using, if necessary depending on the desired contour for structuring the new photoresist layer, a different mask for step d); g) proceed, on one or more occasions, to the development by dissolving the unexposed photoresist by means of a solvent chosen from GBL (gammabutyrolactone) and PGMEA (propylene glycol methyl ethyl acetate), and (h) separating from the platelet-support microstructure obtained in step g) by dissolving the sacrificial coating. The annealing carried out in step e) to cause the polymerization of the zones illuminated by the UV radiation is preferably carried out between 90 ° C. and 95 ° C. for 15 min. In the case where the new layer of photoresist to be illuminated (step f) has a contour which is not totally inscribed in the contour of the lower layer, the deposition of the new photoresist layer is preceded by a step i) consisting of performing a metal deposition (eg Cr / Cu), obstructing the UV rays for the lower layer fraction whose polymerization is not desired. The additional step i) is in particular necessary when the microstructure to be obtained has a cavity. In this case, it will also be necessary to repeat step g) of development after step h) of releasing the structure. In the case where the microstructure obtained after step g) is to serve as a template for the manufacture of a metal micromold, is carried out before step h) an additional step ii) consisting of a primary metallization on any the surface of this template, then the entire assembly is covered completely by successive electrolytic deposits, so as to form a block which will subsequently be machined to be adapted to a
machine d'injection de matériaux plastiques en fusion. Après avoir libéré le bloc du substrat (étape h) il est encore nécessaire lors d'une étape supplémentaire iii)20 d'éliminer le gabarit, par des moyens physiques ou chimiques. injection machine for molten plastic materials. After releasing the block from the substrate (step h) it is still necessary during an additional step iii) to remove the template, by physical or chemical means.
La plaquette-support utilisée dans la première étape est par exemple formée par une plaquette de silicium, de verre ou de céramique sur laquelle on a déposé par25 évaporation, une mince couche sacrificielle d'aluminium d'environ 100 nm. Dans ce cas, pour libérer la structure dans la dernière étape on effectue une attaque alcaline. De façon équivalente, on peut utiliser un matériau plastique composite assurant à la fois une bonne adhésion30 entre la plaque-support et les dépôts de photorésist, et une libération facile de la microstructure à l'issue du procédé. Les masques utilisés (étapes d et f) pour délimiter sur la couche de photorésist la surface devant recevoir le rayonnement UV sont réalisés avec une très haute résolution par les méthodes utilisées dans l'industrie microélectronique. Les plages devant être opaques au rayonnement UV ont par exemple un revêtement métallique de chrome. Le photorésist utilisé dans le procédé selon l'invention pour effectuer une structuration multicouche est un produit bon marché préparé de préférence à partir d'une résine époxy octofonctionnelle disponible chez Shell Chemical sous la référence SU-8 et d'un photoinitiateur choisi parmi les sels de triarylsulfonium tels que ceux décrits dans le brevet US 4 058 401. Le solvant qui s'est The support wafer used in the first step is for example formed by a wafer of silicon, glass or ceramic on which was deposited by evaporation a sacrificial aluminum layer of about 100 nm. In this case, to release the structure in the last step an alkaline attack is carried out. Equivalently, a composite plastic material can be used providing both good adhesion between the carrier plate and the photoresist deposits, and easy release of the microstructure at the end of the process. The masks used (steps d and f) to delimit on the photoresist layer the surface to receive the UV radiation are made with a very high resolution by the methods used in the microelectronics industry. The beaches to be opaque to UV radiation have for example a chromium metal coating. The photoresist used in the process according to the invention for carrying out a multilayer structuring is a cheap product preferably prepared from an octofunctional epoxy resin available from Shell Chemical under the reference SU-8 and from a photoinitiator chosen from the salts triarylsulfonium such as those described in US Pat. No. 4,058,401.
révélé le plus approprié est la gammabutyrolactone (GBL). revealed the most appropriate is gammabutyrolactone (GBL).
La présente invention a également pour objet les microstructures tridimensionnelles obtenues, caractérisées par un rapport d'aspect remarquablement élevé par rapport à celui des structures obtenues jusqu'alors par illumination UV, compte-tenu notamment de l'épaisseur desdites structures. Les essais effectués ont montré que ce rapport pouvait être de l'ordre de 20 pour les structures de ligne et de l'ordre de 15 pour les The subject of the present invention is also the three-dimensional microstructures obtained, characterized by a remarkably high aspect ratio compared to that of the structures obtained hitherto by UV illumination, especially in view of the thickness of said structures. The tests carried out have shown that this ratio could be of the order of 20 for the structures of line and of the order of 15 for the
structures de tranchée.trench structures.
Les caractéristiques et avantages de l'invention The characteristics and advantages of the invention
seront mieux compris à la lecture de la description will be better understood by reading the description
détaillée qui va suivre d'exemples de réalisations de microstructures, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation en perspective d'un premier mode de réalisation illustré par une roue The following detailed description of embodiments of microstructures, with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a perspective representation of a first embodiment illustrated by a wheel
dentée surmontée d'un pignon.toothed topped with a pinion.
- les figures 2 à 5 sont des vues en coupe diamétrale des différentes étapes de fabrication de la microstructure représentée à la figure 1; les figures 6 et 7 représentent les étapes supplémentaires permettant d'obtenir un micromoule métallique à partir du gabarit de la figure 5; la figure 8 est une représentation en perspective partiellement arrachée d'un deuxième mode de réalisation illustré par un capteur de flux thermique, et - les figures 9 à 15 sont des vues en coupe schématiques selon la ligne X-X de la figure 8 des différentes étapes de fabrication de la microstructure représentée à la figure 8. 5 Les exemples ci-après correspondent à trois microstructures obtenues par le procédé selon l'invention: Exemple 1: Fabrication d'une roue dentée surmontée d'un pianon La figure 1 représente une roue dentée 1 surmontée d'un pignon 2, l'ensemble étant traversé de part en part d'un trou d'axe 3. La hauteur de la roue est de 0,23 mm et15 celle du pignon de 0,45 mm représentant donc une hauteur totale de 0,68 mm avec une tolérance de 10 im. Les diamètres respectifs sont de 3,037 mm et 0,85 mm avec des tolérances de 1 gm. Ainsi, le module d'engrenage peut aller jusqu'à 0,016 mm, c'est-à-dire bien en- dessous du minimum que peuvent actuellement utiliser les constructeurs horlogers lorsque les pièces sont obtenues par moulage dans des moules micro-usinés dans une plaque métallique par la technique bien connue de l'électroérosion à fil (EF).25 A la figure 2, on a représenté l'état du produit FIGS. 2 to 5 are diametral sectional views of the various steps in the fabrication of the microstructure shown in FIG. 1; Figures 6 and 7 show the additional steps for obtaining a metal micromold from the jig of Figure 5; FIG. 8 is a partially cutaway perspective view of a second embodiment illustrated by a heat flux sensor, and FIGS. 9 to 15 are diagrammatic sectional views along line XX of FIG. 8 of the various steps of FIG. The following examples correspond to three microstructures obtained by the method according to the invention: Example 1: Manufacture of a toothed wheel surmounted by a pianon FIG. 1 represents a gear wheel 1 surmounted by a pinion 2, the assembly being traversed through and through a hole of axis 3. The height of the wheel is 0.23 mm and that of the pinion of 0.45 mm thus representing a height total of 0.68 mm with a tolerance of 10 im. The respective diameters are 3.037 mm and 0.85 mm with tolerances of 1 gm. Thus, the gear module can be up to 0.016 mm, that is to say well below the minimum that can currently be used by watchmakers when the parts are obtained by molding in micro-machined molds in a mold. metal plate by the well-known technique of wire EDM. FIG. 2 shows the state of the product
obtenu à l'issue des trois premières étapes du procédé. obtained after the first three steps of the process.
Une plaquette-support en silicium 4 de 0,38 mm d'épaisseur et 7,5 cm de diamètre, non oxydée, soigneusement nettoyée et déshydratée est d'abord recouverte d'un revêtement sacrificiel 5 par évaporation d'aluminium. Ce revêtement a typiquement une épaisseur de l'ordre de 100 nm. On procède ensuite à l'étalement d'une couche épaisse 6 de photorésist. La viscosité dynamique de la composition choisie est de l'ordre de 15 Pa-s et permet un étalement classique à la tournette, par exemple au moyen d'un appareil Gyrset de Karl SUss jusqu'à l'épaisseur désirée, soit 230 im. La couche déposée est ensuite chauffée à 95 C pour évacuer le solvant qui maintenait le résist à la viscosité voulue. La figure 3 correspond à l'étape d'illumination du photorésist. A cet effet, on dispose au-dessus de la surface du photorésist un masque 7 comportant des zones transparentes aux rayons UV et des zones opaques formées par des dépôts de chrome. Ces dépôts de chrome suivent d'une part le contour extérieur la de la denture de la roue 1, d'autre part le contour intérieur 3a du trou d'axe 3. Le même support formant le masque peut comporter un grand nombre de zones correspondant à autant de microstructures pouvant être fabriquées en un seul lot, toutes les zones étant obtenues avec une très haute résolution du contour par photolithographie, technique15 bien connue dans l'industrie microélectronique. On procède ensuite à la sensibilisation de la couche 6 de photorésist par illumination UV au moyen d'une aligneuse ayant ses pics d'intensité à 365 nm et 410 nm. On effectue enfin un recuit pendant 25 mn à 95 C qui va provoquer la20 polymérisation du photorésist dans les zones 6b qui ont reçu le rayonnement UV. Cette partie polymérisée devient insensible à une grande majorité de solvants. Par contre, les zones 6a non illuminées pourront ultérieurement être dissoutes par un solvant.25 A la figure 4, on a représenté la structuration d'une deuxième couche de photorésist 8, épaisse d'environ 450 rm A 0.38 mm thick and 7.5 cm diameter, non-oxidized, carefully cleaned and dehydrated silicon wafer 4 is first covered with a sacrificial coating 5 by aluminum evaporation. This coating typically has a thickness of the order of 100 nm. Then, a thick layer 6 of photoresist is spread out. The dynamic viscosity of the composition chosen is of the order of 15 Pa-s and allows a conventional spinning spread, for example by means of a Karl Sss Gyrset apparatus up to the desired thickness, ie 230 μm. The deposited layer is then heated to 95 ° C to remove the solvent which maintained the desired viscosity resistance. Figure 3 corresponds to the illumination step of the photoresist. For this purpose, a mask 7 having areas transparent to UV rays and opaque zones formed by chromium deposits is placed above the surface of the photoresist. These chromium deposits follow on the one hand the outer contour la of the toothing of the wheel 1, on the other hand the inner contour 3a of the axis hole 3. The same support forming the mask may comprise a large number of corresponding zones. as many microstructures can be manufactured in a single batch, all areas being obtained with a very high resolution photolithography contour, technique15 well known in the microelectronics industry. The photoresist layer 6 is then sensitized by UV illumination by means of an aligner having its intensity peaks at 365 nm and 410 nm. Finally, an annealing is carried out for 25 minutes at 95 ° C. which will cause the polymerization of the photoresist in the zones 6b which have received the UV radiation. This polymerized portion becomes insensitive to a large majority of solvents. On the other hand, the non-illuminated zones 6a can subsequently be dissolved by a solvent. In FIG. 4, the structuring of a second layer of photoresist 8, thick of approximately 450 μm, is represented.
au moyen d'un deuxième masque 9 dont les dépôts métalliques de chrome 2a, 3a délimitent le contour des zones transparentes aux rayons UV correspondant au pignon30 2 et à son trou d'axe 3. by means of a second mask 9 whose chromium metal deposits 2a, 3a delimit the contour of the zones transparent to the UV rays corresponding to the pinion 30 2 and its pinhole 3.
Après recuit, cette deuxième couche de photorésist est structurée en des zones 8a qui seront solubles dans le solvant et des zones 8b polymérisées formant le pignon 2 After annealing, this second layer of photoresist is structured in zones 8a which will be soluble in the solvent and polymerized zones 8b forming the pinion 2
et son trou d'axe 3.and its axis hole 3.
On procède ensuite à l'élimination des parties 6a, 8a de photorésist non polymérisé pour obtenir la microstructure représentée à la figure 5, toujours solidaire de la plaquette-support 4, et formée des deux niveaux structurés 6b, 8b. A cet effet, on utilise comme The uncured photoresist portions 6a, 8a are then removed to obtain the microstructure shown in FIG. 5, always integral with the support plate 4, and formed of the two structured levels 6b, 8b. For this purpose, we use as
solvant le propylène glycol méthyle éther acétate (PGMEA). solvent propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA).
Dans une dernière étape (non représentée), on libère la microstructure en attaquant la couche d'accrochage In a last step (not shown), the microstructure is released by attacking the attachment layer
d'aluminium avec K OH (40 %).of aluminum with K OH (40%).
Exemple 2: Fabrication d'un micro-moule métallique A partir de la microstructure obtenue à l'exemple 1, mais avant de la libérer de la plaquette-support 4, on effectue, comme représenté à la figure 6, un revêtement métallique 10 de toute l'enveloppe extérieure, destinée à accrocher le bloc métallique 11 formé par des dépôts15 électrolytiques successifs. La métallisation initiale est par exemple effectuée par évaporation de nickel pour EXAMPLE 2 Manufacture of a Metal Micro-Mold From the microstructure obtained in Example 1, but before releasing it from the support-plate 4, a metal coating 10 is made, as shown in FIG. the entire outer envelope, intended to hang the metal block 11 formed by successive electrolytic deposits. The initial metallization is for example carried out by evaporation of nickel for
former un revêtement 10 ayant 30 à 100 nm. Les étapes de dépôts électrolytiques sont effectuées à partir d'un bain contenant également du nickel ou un alliage l'incorporant,20 selon les techniques connues en ce domaine. form a coating having 30 to 100 nm. The electrolytic deposition steps are carried out from a bath also containing nickel or an alloy incorporating it, according to the techniques known in this field.
Une fois le bloc 11 formé, on le libère du substrat, comme indiqué dans l'exemple 1 (figure 7), puis on élimine la structure positive, qui correspond en fait à la microstructure représentée à la figure 1. A cet effet, le Once the block 11 has been formed, it is released from the substrate, as indicated in Example 1 (FIG. 7), and then the positive structure, which corresponds to the microstructure shown in FIG. 1, is eliminated. For this purpose, the
photorésist polymérisé peut être dissous par la N-méthyle- polymerized photoresist can be dissolved by N-methyl-
pyrrolidone (NMP) ou éliminé par une attaque plasma. pyrrolidone (NMP) or removed by plasma etching.
Le bloc 11 est enfin usiné, individuellement ou avec le lot formé sur la plaquette-support, de façon à être adapté à une machine d'injection de matériaux plastiques en fusion. Selon des techniques connues dans ce domaine, les ouvertures 12, qui étaient initialement orientées vers la plaquette-support, sont obturées par un capot d'injection traversé par des canaux d'amenée desdits matériaux plastiques en fusion. Ce capot peut également comprendre une deuxième empreinte en creux également The block 11 is finally machined, individually or with the batch formed on the support plate, so as to be adapted to a machine for injection of molten plastic materials. According to known techniques in this field, the openings 12, which were initially oriented towards the support plate, are closed by an injection hood through which feed channels of said molten plastic materials. This cover may also include a second indentation also
obtenue selon le procédé décrit ci-dessus. obtained according to the method described above.
Exemple 3: Fabrication d'un microcapteur de flux thermique En référence à la figure 8, on voit qu'un microcapteur de flux thermique est formé par un capot 20 reposant sur une base 16 pourvue d'une ouverture 17 d'admission du flux, d'une ouverture 18 de sortie du flux et d'un jeu de résistances différentielles 19a, 19b, 19c, disposées, dans l'exemple représenté, sur la base 16,10 entre les ouvertures 17 et 18 et ayant des portions externes connectables à un appareil de mesure. L'ensemble est recouvert par un capot 20 formant un chenal entre les ouvertures 17, 18. Un tel microcapteur a de très petites dimensions de l'ordre de 2 x 1 x 1 mm, et sa fabrication15 la plus usuelle consiste à effectuer un micro-usinage de deux plaquettes de silicium qu'il convient ensuite d'assembler. Le procédé actuel a donc l'inconvénient de conduire à un produit relativement cher, qui ne présente toutefois pas toutes les qualités requises dans20 l'application envisagée en raison de la trop grande conductibilité thermique du silicium (environ Example 3 Manufacture of a Thermal Flow Microsensor With reference to FIG. 8, it can be seen that a heat flux microsensor is formed by a cover 20 resting on a base 16 provided with an opening 17 for the admission of the flow, an outlet opening 18 of the flow and a set of differential resistors 19a, 19b, 19c arranged, in the example shown, on the base 16,10 between the openings 17 and 18 and having external portions connectable to a measuring device. The assembly is covered by a cover 20 forming a channel between the openings 17, 18. Such a microsensor has very small dimensions of the order of 2 × 1 × 1 mm, and its most common fabrication is to make a microphone machining of two silicon wafers which should then be assembled. The current method therefore has the disadvantage of leading to a relatively expensive product, which does not however have all the qualities required in the application envisaged because of the excessive thermal conductivity of silicon (about
W/(m.K.)).W / (m.K.)).
Le procédé selon l'invention permet au contraire d'obtenir un microcapteur de flux thermique bon marché, ne nécessitant aucun assemblage, et présentant en outre peu de pertes thermiques à travers le substrat en raison de la On the contrary, the method according to the invention makes it possible to obtain an inexpensive thermal flux microsensor that does not require any assembly, and furthermore has little heat loss through the substrate because of the
faible conductivité thermique (environ 0,1 W/(m.K.)) du polymère utilisé comme photorésist. Ce microcapteur est réalisé par structuration de trois couches de photorésist30 correspondant respectivement à la base 16, aux parois verticales 20a et au fond de fermeture 20b du capot 20. low thermal conductivity (about 0.1 W / (m.K.)) of the polymer used as photoresist. This microsensor is made by structuring three layers of photoresist corresponding respectively to the base 16, to the vertical walls 20a and to the closure bottom 20b of the cover 20.
Les différentes phases de construction de ce microcapteur sont expliquées plus en détails ci-après en référence aux figures 9 à 15. 35 Comme représenté à la figure 9, sur un substrat en verre 14 ayant un revêtement sacrificiel 15, on a déposé à la tournette une couche 21 du même photorésist que celui utilisé dans l'exemple 1, sur une épaisseur de 150 jm, effectué un chauffage à 95 C pendant environ 60 mn, puis disposé au-dessus de sa surface un masque 22 dont les zones 22a revêtues de chrome et faisant obstacle au rayonnement ultraviolet sont situées à l'extérieur du périmètre de la base 16 et au-dessus des ouvertures 17, 18. Après une illumination UV d'environ 300 mJ/cm2 et un recuit à environ 95 C pendant environ 15 minutes, on obtient la polymérisation des zones 21b, c'est-à-dire de toute la base 16 à l'exception du photorésist 21a présent dans les ouvertures 17, 18 et à la périphérie de la base The various phases of construction of this microsensor are explained in more detail hereinafter with reference to FIGS. 9 to 15. As shown in FIG. 9, on a glass substrate 14 having a sacrificial coating 15, it was deposited by spin a layer 21 of the same photoresist as that used in Example 1, over a thickness of 150 μm, heated at 95 ° C. for about 60 minutes, and then disposed above its surface a mask 22 whose zones 22a coated with The ultraviolet radiation-resistant chromium is located outside the perimeter of the base 16 and above the apertures 17, 18. After UV illumination of about 300 mJ / cm 2 and annealing at about 95 ° C for about 15 minutes. minutes, the polymerization of the zones 21b, that is to say of the entire base 16 is obtained with the exception of the photoresist 21a present in the openings 17, 18 and at the periphery of the base
16 qui sera éliminé ultérieurement. 16 which will be eliminated later.
A la figure 10, on a représenté l'étape de dépôt des résistances 19a, 19b, 19c. Ce dépôt est effectué par les techniques bien connues de photolithographie et ne sera donc pas décrit davantage. Ces résistances sont par exemple constituées par un dépôt de 100 nm de chrome et de In FIG. 10, the step of depositing resistors 19a, 19b, 19c is shown. This deposition is performed by well-known photolithography techniques and will not be described further. These resistors consist, for example, of a deposit of 100 nm of chromium and
nm d'or.nm of gold.
La figure 11 correspond à la structuration des parois 20a du capot 20 selon le même processus que celui décrit pour la figure 9. La couche de photorésist déposée 23 a une épaisseur de 300 pm et le masque 24 comporte des zones chromées 24a qui délimitent le périmètre des parois. Après illumination UV et recuit, les zones 23b, qui prolongent les zones 21b polymérisent et les résistances 19a, 19b, FIG. 11 corresponds to the structuring of the walls 20a of the cover 20 according to the same process as that described for FIG. 9. The deposited photoresist layer 23 has a thickness of 300 μm and the mask 24 has chromed zones 24a which delimit the perimeter walls. After UV illumination and annealing, the zones 23b, which extend the zones 21b polymerize and the resistors 19a, 19b,
19c sont noyées dans le photorésist non polymérisé 23a. 19c are embedded in the unpolymerized photoresist 23a.
A la figure 12, on a représenté une étape intermédiaire consistant à protéger la zone 23a par un dépôt métallique 25 recouvrant toute l'ouverture du capot 20. Comme pour les résistances, ce dépôt est effectué par les techniques bien connues de photolithographie et ne sera pas décrit davantage. Il est par exemple constitué FIG. 12 shows an intermediate step of protecting the zone 23a by a metal deposit 25 covering the entire opening of the cover 20. As for the resistors, this deposit is made by well-known photolithography techniques and will not be not described further. It is constituted for example
par un dépôt de 50 nm de chrome et de 300 nm de cuivre. by depositing 50 nm of chromium and 300 nm of copper.
La figure 13 représente la structuration d'une troisième couche 27 de 150 tm de photorésist au moyen d'un troisième masque 28 dont les zones 28a revêtues de chrome délimitent un contour rectangulaire correspondant au fond FIG. 13 shows the structuring of a third layer 27 of 150 μm of photoresist by means of a third mask 28, the chromium-coated areas 28a delimiting a rectangular contour corresponding to the bottom.
a du capot 20.a hood 20.
La figure 14 représente la première phase de développement qui laisse apparaître le microcapteur, encore solidaire de la plaquette-support 14 et du revêtement sacrificiel 15, et emprisonnant les fractions FIG. 14 represents the first phase of development which reveals the microsensor, still integral with the support plate 14 and the sacrificial coating 15, and trapping the fractions
21a et 23a de photorésist non polymérisé. 21a and 23a unpolymerized photoresist.
Comme représentée à la figure 15, après libération totale de la structure une deuxième phase de développement As shown in Figure 15, after full release of the structure a second phase of development
permet d'éliminer les fractions 21a et 23a. allows to eliminate the fractions 21a and 23a.
Le développement et l'élimination du revêtement sacrificiel s'effectue comme indiqué dans l'exemple 1. The development and elimination of the sacrificial coating is carried out as indicated in Example 1.
Pour le développement, on utilisera de préférence un bain de PGMEA à 50 C pendant 15 à 30 mn, suivi d'un rinçage à15 l'isopropanol. For development, a PGMEA bath at 50 ° C is preferably used for 15 to 30 minutes, followed by isopropanol rinsing.
Le procédé qui vient d'être décrit n'est pas limité à l'obtention de microstructures données à titre d'exemples et l'homme de l'art est en mesure de concevoir d'autres The process which has just been described is not limited to obtaining microstructures given by way of examples and the person skilled in the art is able to conceive other
constructions sans sortir du cadre de l'invention. constructions without departing from the scope of the invention.
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